專利名稱：內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，公知有一種可改變亮度光圈的光圈直徑、通過進(jìn)一步縮小光圈直徑來擴(kuò)大景深從而能夠進(jìn)行靠近觀察的內(nèi)窺鏡用的光學(xué)系統(tǒng)(例如，參照專利文獻(xiàn)I。)。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2007 - 289278號(hào)公報(bào)
但是，通過縮小亮度光圈獲得的景深與光量處于相反的關(guān)系。即，在專利文獻(xiàn)I的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，存在有靠近觀察時(shí)不能夠充分地確保光量且圖像變暗這樣的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做成的，其目的在于提供一種能夠在確保圖像的足夠亮度的同時(shí)進(jìn)行靠近觀察的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
本發(fā)明提供一種內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括:從物體側(cè)依次配置的前透鏡組、亮度光圈及后透鏡組；以及凹凸透鏡，其能夠以使凸面朝向上述亮度光圈側(cè)的方式插入到上述亮度光圈與上述前透鏡組或者上述亮度光圈與上述后透鏡組之間的光路，并能夠以使凸面朝向上述亮度光圈側(cè)的方式從上述亮度光圈與上述前透鏡組或或者上述亮度光圈與上述后透鏡組之間的光路脫離。
根據(jù)本發(fā)明，在凹凸透鏡以使凸面朝向亮度光圈側(cè)的方式插入到光路后，與從該光路退出后相比，焦點(diǎn)位置靠近近點(diǎn)側(cè)。即，只要將凹凸透鏡插入到光路或使凹凸透鏡從光路脫離，就能夠切換焦點(diǎn)處于遠(yuǎn)點(diǎn)的普通觀察與焦點(diǎn)處于近點(diǎn)的靠近觀察。另外，通過在光束直徑較小的亮度光圈附近插入凹凸透鏡，從而凹凸透鏡的透鏡直徑較小即可。由此，用于確保凹凸透鏡的退出的空間較小即可，能夠?qū)崿F(xiàn)整體的直徑減小。
在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，也可以是，上述前透鏡組是發(fā)散透鏡系統(tǒng)，上述后透鏡組是會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，上述凹凸透鏡能夠插入到上述亮度光圈與上述前透鏡組之間的光路，并能夠從上述亮度光圈與上述前透鏡組之間的光路脫離，該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(1):
(1) 0.9 ≤ Fin/Fout≤1.1
其中，F(xiàn)in是上述凹凸透鏡插入到上述光路后的整個(gè)系統(tǒng)的焦距，F(xiàn)out是上述凹凸透鏡從上述光路退出后的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
條件式(1)限定了將凹凸透鏡插入光路后或使凹凸透鏡從光路脫離后的焦距的變化量。即，通過滿足條件式(1)，在切換普通觀察與靠近觀察時(shí)，由于顯示于顯示器的圖像的視野范圍的變化受到抑制，因此能夠在不給觀察者帶來不適感的情況下改變焦點(diǎn)位置。
在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，也可以是，上述后透鏡組是會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，上述凹凸透鏡能夠插入到上述亮度光圈與上述后透鏡組之間，并能夠從上述亮度光圈與上述后透鏡組之間脫離，該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(2):(2) 1.1 < FOVout/FOVin < 1.5其中，F(xiàn)OVout是上述凹凸透鏡插入到上述光路后的整個(gè)視角，F(xiàn)OVin是上述凹凸透鏡從上述光路退出后的整個(gè)視角。條件式(2 )限定了在光路上裝卸凹凸透鏡時(shí)的整個(gè)視角的變化量。即，通過滿足條件式(2)，在將凹凸透鏡插入到光路后，整個(gè)視角變小，顯示于顯示器的視野范圍變窄，SP，能夠放大顯示近點(diǎn)側(cè)的像。由此，能夠進(jìn)一步詳細(xì)地觀察近點(diǎn)側(cè)的區(qū)域。在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，也可以是，該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(3 ):(3) 1.5 ≤D/A ≤ 3其中，A是上述亮度光圈的內(nèi)徑，D是上述凹凸透鏡的外徑。條件式(3)限定了凹凸透鏡的外徑相對(duì)于亮度光圈的內(nèi)徑的對(duì)比。即，通過滿足條件式(3)，能夠使穿過亮度光圈的光束整體穿過凹凸透鏡，并且能夠?qū)纪雇哥R的透鏡直徑抑制為較小。在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，也可以是，上述凹凸透鏡滿足以下條件式(4):(4) — 0.1 ≤ P ≤ 0.1其中，P是上述凹凸透鏡的放大率。通過滿足條件式(4)，在將凹凸透鏡插入到光路后，即使凹凸透鏡的中心位置相對(duì)于光軸略微偏移，也能夠抑制視野中心偏移或產(chǎn)生像差。由此，能夠防止在裝卸凹凸透鏡時(shí)給觀察者帶來不適感。另外，由于驅(qū)動(dòng)凹凸透鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不要求精密的位置精度，因此能夠以低成本制造驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在上述發(fā)明中，也可以是，該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(5):(5) 0.7 ≤ L/Fout ≤ 1.4其中，L是隔著上述亮度光圈的前后透鏡的面間隔，F(xiàn)out是上述凹凸透鏡從上述光路退出后的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。條件式(5)限定了用于配置凹凸透鏡和驅(qū)動(dòng)該凹凸透鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的亮度光圈前后的空間尺寸。即，通過滿足條件式(5)，能夠?qū)⒄w的尺寸抑制得較小，并且確保用于設(shè)置凹凸透鏡和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的足夠的空間。在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，上述凹凸透鏡也可以是成形透鏡。通過如此設(shè)置，與通過研磨加工制造的凹凸透鏡相比，能夠容易地以低成本制造凹凸透鏡。在該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，也可以是，該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括臂構(gòu)件，該臂構(gòu)件用于保持上述凹凸透鏡并使該凹凸透鏡在插入到上述光路的插入位置與從上述光路退出的退出位置之間移動(dòng)，該臂構(gòu)件與上述凹凸透鏡形成為一體。通過如此設(shè)置，臂構(gòu)件不需要用于保持凹凸透鏡的架構(gòu)件，能夠減小凹凸透鏡的退出用的空間。在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，也可以是，上述凹凸透鏡從上述光路退出后的有效光圈數(shù)(f-number)為 5 以上。通過如此設(shè)置，能夠充分地確保足夠的光量，并且能夠通過將穿過亮度光圈的光束直徑抑制為較小，從而將凹凸透鏡的透鏡直徑抑制得較小。
在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，也可以是，上述凹凸透鏡由多個(gè)透鏡構(gòu)成。
通過如此設(shè)置，能夠利用容易加工的凹透鏡、凸透鏡來構(gòu)成具有與一體成形的凹凸透鏡相同的光學(xué)性能的凹凸透鏡。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)揮了能夠在確保圖像的足夠亮度的同時(shí)進(jìn)行靠近觀察的效果。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示具有與凹凸透鏡一體成形而成的臂構(gòu)件在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例的圖。
圖3是表示由多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹凸透鏡的變形例的圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡剖視圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡剖視圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例3的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡剖視圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施例4的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡剖視圖。
圖8是表示圖7的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的普通觀察狀態(tài)下的(a)球面像差/軸上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的圖。
圖9是表示圖7的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的靠近觀察狀態(tài)下的(a)球面像差/軸上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的圖。
圖10是表不設(shè)于圖7的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例的圖。
圖11是本發(fā)明的實(shí)施例5的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡剖視圖。
圖12是表示圖11的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的普通觀察狀態(tài)下的(a)球面像差/軸上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的圖。
圖13是表示圖11的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的靠近觀察狀態(tài)下的(a)球面像差/軸上色像差、(b)像散和失真、(C)倍率色像差的圖。
圖14是表示設(shè)于圖11的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例的圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照?qǐng)D1 圖3說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)I。
如圖1所示，本實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)I包括從物體側(cè)依次配置的前透鏡組FG、亮度光圈S及后透鏡組BG、以及以能夠裝卸的方式設(shè)于前透鏡組FG與亮度光圈S之間的光路上的凹凸透鏡Lm。
前透鏡組FG具有平行平板LI。
后透鏡組BG從物體側(cè)依次包括凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡L2和凸面朝向物體側(cè)的平凸透鏡L3。
凹凸透鏡Lm以能夠在使凸面朝向亮度光圈S側(cè)插入亮度光圈S附近的光路上的插入位置與從光路脫離的退出位置之間移動(dòng)的方式設(shè)置。圖1中的(a)表示凹凸透鏡Lm配置在退出位置的普通觀察狀態(tài)，圖1中的(b)表示凹凸透鏡Lm配置在插入位置的靠近觀察狀態(tài)。圖中，箭頭Xout、Xin分別表示普通觀察狀態(tài)或靠近觀察狀態(tài)下的物體面，箭頭Y表示成像面，dout和din分別表示普通觀察狀態(tài)或靠近觀察狀態(tài)下的景深。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，僅靠在光路上裝卸凹凸透鏡Lm，就能夠使焦點(diǎn)位置向近點(diǎn)側(cè)移動(dòng)、并進(jìn)行靠近觀察。此時(shí)，由于不必利用亮度光圈S收斂光束，因此能夠一邊確保足夠的光量一邊進(jìn)行靠近觀察，能夠獲取較亮的近距離圖像。圖2是使凹凸透鏡Lm在用實(shí)線表示的插入位置與用虛線表示的退出位置之間移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括在一端側(cè)保持凹凸透鏡Lm的臂構(gòu)件2和通過使該臂構(gòu)件2的另一端旋轉(zhuǎn)而使凹凸透鏡Lm擺動(dòng)的未圖示的電動(dòng)機(jī)。附圖標(biāo)記3表示容納內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)I的鏡筒。臂構(gòu)件2與凹凸透鏡Lm —體成形而成。由此，在凹凸透鏡Lm的外周不需要用于保持該凹凸透鏡Lm的架構(gòu)件，能夠?qū)⒅睆揭种茷檩^小。在本實(shí)施方式中，設(shè)為在亮度光圈S的物體側(cè)附近裝卸凹凸透鏡Lm，但是也可以取代此而設(shè)為在亮度光圈S的像側(cè)附近進(jìn)行裝卸。在該情況下，凹凸透鏡Lm也以使凸面朝向亮度光圈S的方式插入到光路上。即使這樣，僅靠凹凸透鏡Lm向光路的插入就能夠使焦點(diǎn)位置向近點(diǎn)側(cè)移動(dòng)而進(jìn)行靠近觀察，能夠獲取較亮的近距離圖像。在本實(shí)施方式中，也可以取代一體的凹凸透鏡Lm，如圖3所示那樣使用由多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹凸透鏡Lm’。在圖示的例子中，利用在平面上彼此接合的平凹透鏡L4與平凸透鏡L5構(gòu)成了凹凸透鏡Lm’。通過如此設(shè)置，能夠低成本地制造具有與一體的凹凸透鏡Lm相同的光學(xué)作用的凹凸透鏡Lm’。實(shí)施例接著，以下參照?qǐng)D4 圖14說明上述實(shí)施方式的實(shí)施例1 實(shí)施例6。在實(shí)施例中所示的透鏡數(shù)據(jù)中，r表示曲率半徑(mm)，d表示面間隔(mm)，nd表示d線上的折射率、vd表示d線上的阿貝數(shù)，Φ表示透鏡半徑。關(guān)于亮度光圈(S)，取代透鏡半徑(mm)而示出了內(nèi)徑(光圈直徑)(mm)。另外，面編號(hào)中所記載的OBJ表示物體面，IMG表示像面。透鏡數(shù)據(jù)和添加的透鏡剖視圖包括插入到光路的凹凸透鏡?！矊?shí)施例1〕對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例1的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，如圖4所示，前透鏡組由平行平板構(gòu)成，后透鏡組從物體側(cè)依次由凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡和凸面朝向物體側(cè)的平凸透鏡構(gòu)成。凹凸透鏡以能夠裝卸的方式設(shè)于前透鏡組與亮度光圈之間。如此構(gòu)成的實(shí)施例1的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)和各種數(shù)據(jù)如下所示。 透鏡數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括: 從物體側(cè)依次配置的前透鏡組、亮度光圈及后透鏡組；以及 凹凸透鏡，其能夠以使凸面朝向上述亮度光圈側(cè)的方式插入到上述亮度光圈與上述前透鏡組之間的光路或上述亮度光圈與上述后透鏡組之間的光路，該凹凸透鏡也能夠以使凸面朝向上述亮度光圈側(cè)的方式從上述亮度光圈與上述前透鏡組之間的光路或上述亮度光圈與上述后透鏡組之間的光路脫離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 上述前透鏡組是發(fā)散透鏡系統(tǒng)， 上述后透鏡組是會(huì)聚透鏡系統(tǒng)， 上述凹凸透鏡能夠插入到上述亮度光圈與上述前透鏡組之間的光路，也能夠從上述亮度光圈與上述前透鏡組之間的光路脫離， 該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(I):(1)0.9 ≤ Fin/Fout ( 1.1其中， Fin:上述凹凸透鏡插入到上述光路后的整個(gè)系統(tǒng)的焦距； Fout:上述凹凸透鏡從上述光路退出后的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 上述后透鏡組是會(huì)聚透鏡系統(tǒng)， 上述凹凸透鏡能夠插入到上述亮度光圈與上述后透鏡組之間，也能夠從上述亮度光圈與上述后透鏡組之間脫離， 該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(2):(2)1.1 < FOVout/FOVin < 1.5其中， FOVout:上述凹凸透鏡插入到上述光路后的整個(gè)視角； FOVin:上述凹凸透鏡從上述光路退出后的整個(gè)視角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(3):(3)1.5 ≤ D/A ≤ 3其中， A:上述亮度光圈的內(nèi)徑； D:上述凹凸透鏡的外徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 上述凹凸透鏡滿足以下條件式(4):(4)— 0.1 ≤ P≤ 0.1其中， P:上述凹凸透鏡的放大率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式(5):(5)0.7 ≤ L/Fout ≤ 1.4其中， L:隔著上述亮度光圈的前后透鏡的面間隔； Fout:上述凹凸透鏡從上述光路退出后的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 上述凹凸透鏡是成形透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng),其中， 該內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括臂構(gòu)件，該臂構(gòu)件用于保持上述凹凸透鏡并使該凹凸透鏡在插入到上述光路的插入位置與從上述光路退出的退出位置之間移動(dòng)， 該臂構(gòu)件與上述凹凸透鏡形成為一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 上述凹凸透鏡從上述光路退出后的有效光圈數(shù)為5以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中， 上述凹凸透鏡由多個(gè)透鏡構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在確保圖像的足夠亮度的同時(shí)進(jìn)行靠近觀察的內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)。提供一種內(nèi)窺鏡物鏡光學(xué)系統(tǒng)(1)，包括從物體側(cè)依次配置的前透鏡組(FG)、亮度光圈(S)及后透鏡組(BG)；以及凹凸透鏡(Lm)，其能夠以使凸面朝向亮度光圈(S)側(cè)的方式插入到亮度光圈(S)與前透鏡組(FG)或亮度光圈(S)與后透鏡組(BG)之間的光路，并能夠以使凸面朝向亮度光圈(S)側(cè)的方式從亮度光圈(S)與前透鏡組(FG)或亮度光圈(S)與后透鏡組(BG)之間的光路脫離。
文檔編號(hào)G02B15/10GK103221866SQ201280003727
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者森田和雄 申請(qǐng)人:奧林巴斯醫(yī)療株式會(huì)社